為什么宇宙越來(lái)越難以形成新的恒星？一個(gè)流行說法是，孕育恒星的“燃料”——冷氣體不斷被消耗，導(dǎo)致造星活動(dòng)衰退。然而，“中國(guó)天眼”（FAST）與國(guó)際暗能量光譜儀（DESI）的最新聯(lián)合觀測(cè)，卻給出了意外答案：盡管過去45億年里宇宙恒星形成活動(dòng)顯著減弱，但作為重要冷氣體儲(chǔ)備的中性氫并未同步枯竭，宇宙“燃料箱”仍有余量，問題可能出在“加工”環(huán)節(jié)。相關(guān)研究成果9月1日在線發(fā)表于《自然·天文》雜志。
中性氫是連接星系大尺度氣體循環(huán)與內(nèi)部恒星形成的關(guān)鍵紐帶，它通過極其微弱的21厘米射電譜線發(fā)出信號(hào)。但對(duì)于遙遠(yuǎn)星系而言，單個(gè)信號(hào)往往淹沒在背景噪聲里，就像在嘈雜的廣場(chǎng)上很難聽清一個(gè)人的低聲細(xì)語(yǔ)，因此，宇宙的中性氫總量如何演化，一直缺少可靠證據(jù)。
此次，由中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)、中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)、上海交通大學(xué)等組成的國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)，將FAST的高靈敏度射電觀測(cè)與DESI的大規(guī)模光譜巡天深度結(jié)合，分析了覆蓋約三分之一天區(qū)的約250萬(wàn)個(gè)星系，以前所未有的統(tǒng)計(jì)精度追蹤了宇宙中性氫的演化軌跡。
“我們利用中性氫譜線疊加技術(shù)，把大量單個(gè)無(wú)法直接探測(cè)的微弱信號(hào)，按星系的距離精確對(duì)齊后疊加起來(lái)，相當(dāng)于讓幾百萬(wàn)個(gè)微弱的聲音同時(shí)喊出同一句話，終于從噪聲中提取出了平均信號(hào)�！闭撐牡谝蛔髡�、中國(guó)科學(xué)院國(guó)家天文臺(tái)副研究員張傳朋介紹。
測(cè)量結(jié)果顯示：45億年前的宇宙恒星形成率約為今天的2.5倍，而同期的中性原子氫密度僅約為今天的1.4倍。也就是說在恒星形成活動(dòng)“暴跌”的同時(shí)，宇宙中的中性氫儲(chǔ)備并未同步枯竭�！叭绻剂虾谋M’是主因，兩者本應(yīng)同步驟減，但數(shù)據(jù)并不支持這一說法。”論文通訊作者、中國(guó)科學(xué)院上海天文臺(tái)研究員郭宏說。
那么問題出在哪里？張傳朋解釋，恒星并非直接由中性氫形成。中性氫需要先轉(zhuǎn)變成更致密的分子氫云，分子氫云才是恒星真正的“產(chǎn)房”。晚期宇宙真正發(fā)生顯著變化的，可能是氣體從中性氫向分子氫、再到恒星的轉(zhuǎn)化過程。隨著供氣減弱、氣體密度降低，中性氫向分子氫轉(zhuǎn)變的效率隨之下降。于是，中性氫儲(chǔ)備得以相對(duì)穩(wěn)定地保留下來(lái)，而真正能直接孕育恒星的分子氣體卻在慢慢減少。
“我們看到的不是宇宙缺氣，而是氣越來(lái)越難被‘加工’成恒星�！惫暾f，這一發(fā)現(xiàn)把討論焦點(diǎn)從“氣體是否耗盡”推進(jìn)到了“為何有氣卻用不起來(lái)”，為理解宇宙恒星形成衰退提供了新的關(guān)鍵線索。（記者陸成寬）
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